JP6881510B2 - 光ファイバ、光ファイバケーブル及び通信機器 - Google Patents
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Description
鞘が、下記式(1)又は下記式(2)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートの由来の繰り返し単位(A)を含む重合体を含む、光ファイバ。
本発明の光ファイバは、芯と、芯の外周に少なくとも1層の鞘とを有する。光ファイバの種類としては、例えば、ステップ・インデックス型光ファイバ、マルチステップ・インデックス型光ファイバ、グレーテッド・インデックス型光ファイバ、多芯光ファイバ等が挙げられる。これらの光ファイバの種類の中でも、耐熱性に優れることから、ステップ・インデックス型光ファイバ、多芯光ファイバが好ましく、より長距離の通信を可能とすることから、ステップ・インデックス型光ファイバがより好ましい。
芯を構成する材料(以下、「芯材」という。)は、透明性の高い材料であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。透明性の高い材料としては、例えば、ガラス;アクリル樹脂、スチレン樹脂、カーボネート樹脂等の樹脂が挙げられる。これらの透明性の高い材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの透明性の高い材料の中でも、柔軟性に優れることから、樹脂が好ましく、より長距離の通信を可能とすることから、アクリル樹脂がより好ましい。
鞘は、芯の外周に少なくとも1層形成される。鞘を構成する材料(以下、「鞘材」という。)は、下記式(1)又は下記式(2)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートの由来の繰り返し単位(A)(以下、「単量体単位(A)」という。)を含む重合体(以下、「重合体」という。)を含む。鞘材は、前記重合体からなってもよい。
単量体単位(A)を構成するための単量体は、上記式(1)又は上記式(2)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートである。上記式(1)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−(パーフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロペンチル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロヘプチル)エチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。上記式(2)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロノニル(メタ)アクリレート、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの単量体単位(A)を構成するための単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの単量体単位(A)を構成するための単量体の中でも、単量体の製造が容易であることから、上記式(1)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートが好ましく、コストが低く、光ファイバの耐熱性、機械特性に優れることから、2−(パーフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレートがより好ましく、2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレートが更に好ましい。
単量体単位(B)を構成するための単量体は、上記式(3)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートである。上記式(3)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートの具体例としては、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの単量体単位(B)を構成するための単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの単量体単位(B)を構成するための単量体の中でも、単量体の製造が容易であることから、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレートが好ましく、コストが低く、光ファイバの耐熱性、機械特性に優れることから、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレートがより好ましく、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメタクリレートが更に好ましい。
鞘を複数有する光ファイバの場合、単量体単位(A)を含む重合体を含む鞘材は、透明性、柔軟性、耐熱性に優れ、光ファイバの耐熱性、機械特性に優れることから、芯を直接被覆する鞘に用いられることが好ましい。例えば、図1(b)に示すステップ・インデックス型光ファイバの場合、単量体単位(A)を含む重合体を含む鞘材は、芯11を直接被覆する鞘12aに用いられることが好ましい。また、例えば、図2(b)に示す多芯光ファイバの場合、単量体単位(A)を含む重合体を含む鞘材は、芯11を直接被覆する鞘12に用いられることが好ましい。
光ファイバの製造方法としては、例えば、溶融紡糸法等が挙げられる。これらの光ファイバの製造方法の中でも、簡便な工程で製造できることから、溶融紡糸法が好ましい。溶融紡糸法によるステップ・インデックス型光ファイバの製造方法は、例えば、芯材及び鞘材をそれぞれ溶融し、複合紡糸を行う方法が挙げられる。
光ファイバの直径は、光ファイバの取り扱い性に優れ、光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、0.1〜5mmが好ましく、0.2〜4.5mmがより好ましく、0.3〜4mmが更に好ましい。
芯材と鞘材の屈折率は、芯材の屈折率より鞘材の屈折率が低ければ特に限定されないが、光が伝播できる最大角度に対する開口数を大きくできることから、芯材の屈折率が1.45〜1.55、鞘材の屈折率が1.35〜1.51が好ましく、芯材の屈折率が1.46〜1.53、鞘材の屈折率が1.37〜1.49がより好ましく、芯材の屈折率が1.47〜1.51、鞘材の屈折率が1.39〜1.47が更に好ましい。尚、屈折率は、25℃でナトリウムD線を用いて測定した値とする。
本発明の光ファイバは、耐熱性に優れ、安全性が高いことから、例えば、通信機器、照明、装飾、ディスプレイ等に用いることができ、特に、通信機器に好適に用いることができる。
本発明の光ファイバケーブルは、本発明の光ファイバと、光ファイバの外周に被覆層とを有する。
本発明の通信機器は、本発明の光ファイバを含む。通信機器としては、例えば、FA機器;OA機器;携帯機器;オーディオ;LAN;産業用ロボット;列車内、航空機内、自動車内等の光情報伝送体;センサ等が挙げられる。
製造例で得られた鞘材の屈折率を、アッベ屈折計(機種名「NAR−3T」、(株)アタゴ製)を用いて、25℃でナトリウムD線により測定した。
製造例で得られた鞘材のガラス転移温度(Tg)を、示差走査熱量計(機種名「DSC−200」、セイコーインスツル(株)製)を用いて測定した。具体的には、鞘材を測定用パンに10mg入れ、昇温温度50℃/分で200℃まで昇温させ、5分間保持して溶融させた。その後、測定用パンをドライアイス上に配置して鞘材を急冷固化させ、昇温温度10℃/分で25℃から200℃まで昇温させ、ショルダー値よりガラス転移温度を求めた。尚、前記ガラス転移温度は光ファイバの耐熱性の指標となる。
実施例及び比較例で得られた光ファイバ及び光ファイバケーブルの伝送損失(dB/km)を、波長650nm、入射光のNA(開口数)0.1の光を用い、25m−1mのカットバック法により測定した。
繰返屈曲の測定は、IEC 60794−1:1993に準拠して行った。具体的には、長さ4mの光ファイバケーブルを繰返屈曲装置(恒温槽付き光ファイバ屈曲試験機、(株)安田精機製作所製)に取り付け、一端に荷重500gf(4.9N)をかけ、この光ファイバケーブルの中央を直径15mmの2本の円管にて挟持した。この光ファイバケーブルの他端を一方の円管側に移動させて、光ファイバケーブルが90度折れ曲がるように円管外周に巻き付けた後、他方の円管側に移動させて光ファイバケーブルが90度折れ曲がるように円管外周に巻き付けて合計180度屈曲させ、これを繰り返した。初期値より1dB伝送損失が増加した時点で試験終了とし、終了時点の繰返屈曲回数を確認した。
2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート35質量部、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート47質量部、メチルメタクリレート17質量部、メタクリル酸1質量部、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)0.05質量部、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.05質量部、n−オクチルメルカプタン0.037質量部を混合した。この混合溶液に窒素ガスを1時間バブリングした。次いで、この混合溶液を密封した重合容器に注入し、この重合容器を65℃の浴槽に5時間入れた。その後この重合容器を120℃の蒸気乾燥器に2時間入れ、重合体組成物を得た。得られた重合体組成物を、ベント式一軸押出機を用いて、残存単量体等を除去しつつ溶融混練して、重合体からなる鞘材Aを得た。
鞘材の原料である単量体の組成を表1に示すように変更した以外は、製造例1と同様に操作を行い、鞘材B〜Gを得た。
n−オクチルメルカプタンの量を0.285質量部とし、鞘材の原料である単量体の組成を表1に示すように変更した以外は、製造例1と同様に操作を行い、鞘材H〜Iを得た。
芯材としてポリメチルメタクリレート(PMMA、屈折率1.492)、鞘材として鞘材A(屈折率1.417)を用い、それぞれを溶融して225℃の紡糸ヘッドへ供給した。これらを2層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて紡糸し、140℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、鞘の厚さが10μmの直径1.0mmの光ファイバを得た。得られた光ファイバの耐熱性(鞘材のガラス転移温度)、伝送損失を表2に示す。
鞘材の種類を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様に操作を行い、光ファイバを得た。得られた光ファイバの耐熱性(鞘材のガラス転移温度)、伝送損失を表2に示す。
芯材としてポリメチルメタクリレート(PMMA、屈折率1.492)、1層目の鞘材として鞘材E(屈折率1.417)、2層目の鞘材としてフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体(フッ化ビニリデン由来の繰り返し単位:テトラフルオロエチレン由来の繰り返し単位=80:20(モル比)、屈折率1.405)を用い、それぞれを溶融して225℃の紡糸ヘッドへ供給した。これらを3層構造の同心円状複合紡糸ノズルを用いて紡糸し、140℃の熱風加熱炉中で繊維軸方向に2倍に延伸し、1層目の鞘の厚さが5μm、2層目の鞘の厚さが10μmの直径1.0mmの光ファイバを得た。得られた光ファイバの耐熱性(鞘材(1層目)のガラス転移温度)、伝送損失を表3に示す。
鞘材(1層目)の種類を表3に示すように変更した以外は、実施例8と同様に操作を行い、光ファイバを得た。得られた光ファイバの耐熱性(鞘材(1層目)のガラス転移温度)、伝送損失を表3に示す。
ポリエチレン樹脂(PE)を樹脂被覆用クロスヘッド型被覆装置に供給し、実施例8で得られた光ファイバの外周に被覆することで、厚さ0.6mmの被覆層を形成した。これにより、直径2.2mmの光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの伝送損失及び繰返屈曲を表4に示す。
光ファイバ及び被覆層の種類を表4に示すように変更した以外は、実施例10と同様に操作を行い、光ファイバケーブルを得た。得られた光ファイバケーブルの伝送損失及び繰返屈曲を表4に示す。尚、表4において、CPEは塩素化ポリエチレン樹脂を、PAはポリアミド樹脂を示す。
11 芯
12 鞘
12a 鞘(1層目)
12b 鞘(2層目)
12c 鞘(海部)
Claims (19)
- 芯と、芯の外周に少なくとも1層の鞘とを有する光ファイバであって、
鞘が、2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート由来の繰り返し単位(A)及びフッ素原子を含まないアルキル(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位(C)(但し、多官能硬化性単量体由来の繰り返し単位を除く)を含む重合体を含み、
鞘を構成する重合体のガラス転移温度Tg(℃)と鞘を構成する重合体の屈折率nとが下記式(4)を満たす、光ファイバ。
Tg≧375×n−455 (4) - 鞘を構成する重合体が、更に親水性の単量体の由来の繰り返し単位(D)を含む、請求項1又は2に記載の光ファイバ。
- 鞘を構成する重合体が、親水性の単量体の由来の繰り返し単位(D)として(メタ)アクリル酸を含む、請求項3に記載の光ファイバ。
- 鞘を構成する重合体が、フッ素原子を含まないアルキル(メタ)アクリレート由来の繰り返し単位(C)としてメチル(メタ)アクリレートを含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 鞘を構成する重合体が、鞘を構成する重合体100質量%中、2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート由来の繰り返し単位(A)を15〜60質量%、式(3)で表されるフルオロアルキル(メタ)アクリレートの由来の繰り返し単位(B)を20〜70質量%、フッ素原子を含まないアルキル(メタ)アクリレートの由来の繰り返し単位(C)を10〜30質量%、親水性の単量体の由来の繰り返し単位(D)を0.1〜10質量%含む、請求項2に記載の光ファイバ。
- 鞘を構成する重合体が、鞘を構成する重合体100質量%中、2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート由来の繰り返し単位(A)を10〜50質量%、フッ素原子を含まないアルキル(メタ)アクリレートの由来の繰り返し単位(C)を40〜80質量%、親水性の単量体の由来の繰り返し単位(D)を0.1〜10質量%含む、請求項1に記載の光ファイバ。
- 鞘を構成する重合体が、鞘を構成する重合体100質量%中、親水性の単量体の由来の繰り返し単位(D)を1.5質量%以上含む、請求項3又は4に記載の光ファイバ。
- 1層のみ鞘を有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 2層以上の鞘を有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 芯を構成する材料が、アクリル樹脂、スチレン樹脂及びカーボネート樹脂から選ばれる少なくとも1種である、請求項1から10のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 芯を構成する材料が、メチルメタクリレート単独重合体、又はメチルメタクリレート由来の繰り返し単位を50質量%以上含む共重合体である、請求項1から10のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 鞘を構成する前記重合体が芯を直接被覆している、請求項1から12のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 単数の芯を有する、請求項1から13のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 複数の芯を有する、請求項1から13のいずれか1項に記載の光ファイバ。
- 請求項1から15のいずれか1項に記載の光ファイバと、光ファイバの外周に被覆層とを有する、光ファイバケーブル。
- 被覆層が、ポリオレフィン樹脂又は塩素化ポリオレフィン樹脂を50質量%以上含む、請求項16に記載の光ファイバケーブル。
- 請求項1から15のいずれか1項に記載の光ファイバを含む、通信機器。
- 請求項16又は17に記載の光ファイバケーブルを含む、通信機器。
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